Quel est le métal le plus réactif du tableau périodique ?

Parmi les éléments métalliques que nous pouvons trouver naturellement, le césium (Cs) est le plus réactif . Il s’agit de l’élément 55 du tableau périodique et correspond au métal alcalin de la sixième période. Ce métal réagit de manière explosive avec l’eau, et doit être soigneusement stocké sous atmosphère inerte dans des conteneurs étanches ou immergé dans l’huile, car le simple contact avec l’humidité de l’air peut déclencher une réaction.

Étant un métal alcalin, toutes les réactions impliquant cet élément se caractérisent par le transfert d’un électron du métal vers l’espèce chimique avec laquelle il réagit, faisant du césium un puissant réducteur. Dans tous les composés dont le césium fait partie après une réaction chimique, le métal présente une valence de +1.

Sachant que le métal le plus réactif est le césium, on se demande ce que signifie exactement être un métal réactif et comment se mesure cette réactivité. On peut aussi se demander pourquoi le césium est le métal le plus réactif et pas un autre métal ? Autrement dit, quels sont les facteurs qui déterminent la réactivité chimique des éléments en général et des métaux en particulier ? Ces questions et d’autres seront clarifiées dans cet article.

Qu’est-ce que la réactivité chimique ?

Comme son nom l’indique, la réactivité chimique est une mesure de la tendance d’une substance chimique, qu’il s’agisse d’un élément ou d’un composé, à participer à des réactions chimiques . Lorsque nous disons qu’un élément ou un composé chimique est plus réactif qu’un autre, nous entendons généralement que le premier réagit plus rapidement ou à un degré plus élevé que le second.

Bien qu’il s’agisse d’un concept apparemment simple, il peut être ambigu. En effet, tous les éléments et tous les composés chimiques ne participent pas nécessairement aux mêmes réactions, voire aux mêmes types de réactions. Cela rend confuse ou difficile la comparaison des réactivités de différents types ou classes de substances.

En ce sens, lorsqu’on parle de réactivité chimique et lorsqu’on compare les réactivités chimiques des différents éléments, il est nécessaire de les regrouper et de ne comparer que les éléments qui sont liés les uns aux autres et qui peuvent participer à la même classe de réactions chimiques . C’est le seul moyen d’établir avec précision l’ordre de réactivité des éléments. C’est précisément pour cette raison que, lorsque l’on parle du césium comme élément le plus réactif, on se réfère à la classe d’éléments à laquelle il appartient, à savoir les métaux.

Comment mesure-t-on la réactivité des métaux ?

Pour comparer la réactivité de différents éléments, un type de réaction doit être sélectionné pour servir de référence. Cette réaction doit être commune à tous les éléments du groupe comparé. Dans le cas des métaux, la réaction souvent utilisée comme test est la tendance du métal à remplacer ou à déplacer l’hydrogène dans un composé particulier.

Un exemple de ceci est la réaction des métaux avec l’eau, au cours de laquelle le métal déplace l’hydrogène pour former de l’hydrogène moléculaire et l’hydroxyde de métal respectif. Dans le cas de métaux qui ne sont pas suffisamment réactifs pour réagir avec l’eau, ils sont mis à réagir avec des acides minéraux tels que l’ acide nitrique ou l’acide sulfurique à la place.

Lorsque nous classons les métaux d’abord par leur réactivité à l’eau, puis par leur réactivité aux acides minéraux, nous obtenons ce qu’on appelle la série de réactivité des métaux. Ces séries peuvent être utilisées, entre autres, pour prédire si un métal est capable d’en déplacer un autre dans un composé chimique.

Facteurs qui déterminent la réactivité d’un métal

La réactivité des différents éléments chimiques est déterminée par la manière dont les électrons qui les composent sont disposés et répartis. Cette dernière est appelée une configuration électronique. De tous les électrons, les plus déterminants des différentes propriétés chimiques des éléments, y compris les métaux, sont les électrons de valence ou la dernière couche ou niveau d’énergie.

Ce qui suit décrit comment cette configuration électronique, ainsi que d’autres facteurs de la structure atomique, déterminent la réactivité d’un métal.

Configuration électronique

Comme mentionné récemment, la configuration électronique d’un élément, et, en particulier, la configuration de la coquille de valence, est déterminante pour de nombreuses propriétés chimiques des éléments, telles que les valences ou les états d’oxydation qu’ils présentent lorsqu’ils sont combinés avec d’autres éléments .

Dans le cas des métaux, ces éléments se caractérisent par des couches de valence avec peu d’électrons ou avec des électrons situés dans des orbitales atomiques dont ils sont très faciles à retirer. Dans le cas du césium, sa couche de valence est formée par un seul électron dans l’orbitale 6s. Cet électron entoure un ensemble d’électrons répartis de la même manière que les électrons de Xe, qui est un gaz rare avec une configuration électronique très stable.

Cela permet au césium de perdre facilement l’électron isolé de sa couche de valence, obtenant ainsi la configuration électronique d’un gaz noble.

Charge nucléaire efficace

La charge nucléaire effective est une mesure de la force d’attraction réelle ressentie par les électrons les plus externes d’un atome. En remplissant progressivement les orbitales atomiques d’un atome, en commençant par celles les plus proches du noyau et en continuant par les plus externes, la présence des électrons internes exerce un effet de blindage sur les externes en raison de la répulsion électrostatique entre charges de même signe. Cela rend les électrons de valence moins attirés par le noyau et beaucoup plus faciles à éliminer lors d’une réaction chimique.

L’électron à valence unique du césium est au niveau d’énergie 6 et est protégé par les 54 autres électrons internes. Cela réduit considérablement la force d’attraction du noyau sur ledit électron, de sorte qu’il ressent une charge nucléaire effective très faible. À son tour, cela facilite l’élimination de cet électron, ce qui explique la réactivité plus élevée de cet élément par rapport aux autres métaux alcalins.

radio atomique

Par le fait même qu’ils réduisent la force d’attraction du noyau, les éléments ayant une charge nucléaire effective plus petite ont également tendance à avoir un rayon atomique plus grand . Étant donné que la force d’attraction électrostatique entre le noyau positif et les électrons dépend de la distance, être plus éloigné du noyau contribue également à réduire la force d’attraction des électrons de valence, rendant le césium plus réactif.

énergie d’ionisation

L’énergie d’ionisation est une mesure de la quantité d’énergie nécessaire pour éliminer le dernier électron de valence d’un atome. L’énergie d’ionisation est une propriété directement liée aux facteurs susmentionnés. En se liant moins étroitement au noyau, des éléments comme le césium ont des énergies d’ionisation plus faibles que les autres éléments du tableau périodique.

électronégativité

Enfin, l’électronégativité est une autre propriété qui détermine la réactivité. Cette propriété mesure la tendance ou la capacité d’un atome à attirer des paires d’électrons de liaison lorsque l’atome forme une liaison chimique avec un autre atome. Il s’agit d’une propriété relative, puisqu’elle se mesure en fonction de combien la densité électronique de la liaison chimique parvient à attirer vers elle-même lorsqu’elle est liée à un autre atome ; cependant, sa valeur ne peut pas être déterminée si l’atome est seul, c’est-à-dire lorsqu’il n’est pas lié.

Ensuite, les valeurs d’électronégativité permettent de prédire, entre deux atomes, lequel sera capable d’attirer les électrons avec la plus grande force. Le césium est l’un des éléments les moins électronégatifs du tableau périodique, sa tendance, au lieu d’attirer les électrons, est plutôt de les céder pour former un cation.

Tendance périodique des facteurs affectant la réactivité

Maintenant que nous savons quels facteurs affectent la réactivité et pourquoi ils l’affectent, nous sommes mieux préparés à comprendre pourquoi le césium est l’élément le plus réactif. Pour ce faire, nous devons considérer que ces propriétés présentent un comportement relativement prévisible lorsque nous passons d’un élément à l’autre sur le tableau périodique. Autrement dit, il traite des propriétés périodiques des éléments.

Sur une période

Au fur et à mesure que nous traversons une période (c’est-à-dire le long de la même ligne du tableau périodique), la charge du noyau augmente progressivement, mais, comme les nouveaux électrons sont tous situés dans la même couche de valence, l’effet de blindage n’augmente pas de manière significative .

Par conséquent, à mesure que nous nous déplaçons vers la droite dans une période, la charge nucléaire effective augmente. Cela a également pour conséquence que le rayon atomique diminue. Ces deux effets contribuent à augmenter la force avec laquelle le noyau attire les électrons de valence, c’est pourquoi l’énergie d’ionisation augmente également de gauche à droite.

Tout ce qui précède fait diminuer la réactivité des métaux de gauche à droite sur le tableau périodique, ce qui revient à dire qu’elle augmente de droite à gauche. Pour cette raison, les métaux les plus réactifs du tableau périodique sont les métaux alcalins.

dans tout un groupe

Au fur et à mesure que nous montons ou descendons d’un groupe sur le tableau périodique, la couche ou le niveau d’énergie dans lequel se trouvent les électrons de valence change. Au fur et à mesure que nous descendons dans un groupe, le nombre de couches d’électrons de protection sous la couche de valence augmente, ce qui réduit la charge nucléaire effective et augmente le rayon atomique. En descendant d’un groupe, l’électronégativité diminue également, ce qui revient à dire que les éléments deviennent plus électropositifs.

Pour les mêmes raisons mentionnées ci-dessus, cela réduit l’énergie d’ionisation, rendant les atomes inférieurs d’un groupe plus réactifs que les métaux.

Césium (Cs) versus Francium (Fr)

En regardant la tendance périodique des propriétés décrites ci-dessus, il devient clair que le métal le plus réactif est celui qui est le plus à gauche et le plus bas dans le tableau périodique. Cependant, quand on regarde quel élément est dans cette position, on voit que ce n’est pas du césium mais du francium.

Pourquoi, alors, dit-on que le césium est le métal le plus réactif ? Ne serait-ce pas le francium ?

En effet, sur la base de l’observation des tendances périodiques et des calculs théoriques, il est prédit que le francium devrait être plus réactif que le césium. Cependant, la raison pour laquelle le césium est considéré comme le plus réactif et non le francium est que ce dernier est un élément synthétique. Autrement dit, le francium n’existe pas dans la nature, mais doit être synthétisé dans un accélérateur de particules par fusion nucléaire.

Comme tous les éléments synthétiques, une fois le noyau de francium synthétisé ou formé, il se désintègre rapidement car c’est un noyau extrêmement instable. Pour cette raison, des quantités appréciables de francium ne peuvent pas être synthétisées pour le faire réagir avec de l’eau ou d’autres produits chimiques pour déterminer sa réactivité. En résumé, nous supposons que le francium devrait être plus réactif que le césium, mais nous n’avons aucun moyen de le savoir, il nous reste donc le métal le plus réactif dont nous pouvons mesurer la réactivité.

Le métal le plus réactif contre l’élément le plus réactif

Enfin, il convient de faire un petit commentaire par rapport à l’élément le plus réactif. Comme mentionné au début, la réactivité ne peut être comparée que lorsque les substances que nous comparons participent aux mêmes types de réactions caractéristiques.

Pour cette raison, il est ambigu de parler de l’élément le plus réactif du tableau périodique, considérant que les métaux et les non-métaux participent à des réactions chimiques totalement opposées. Cependant, le fluor est généralement considéré comme l’élément le plus réactif de tout le tableau périodique en raison de sa capacité à réagir avec une multitude de substances chimiques différentes, même en attaquant le verre et d’autres matériaux généralement inertes.

Les références

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